Температурен сензор: принцип на работа, измерване и температурен диапазон

Модерното производство е просто немислимо без автоматизирането на различни технологични процеси. Започвайки от атомната електроцентрала и завършвайки с автомобили, навсякъде можете да намерите елементите на автоматично управление и регулиране на необходимите параметри. Налягането, ъгловите и линейни скорости, температурата и много други параметри трябва да бъдат наблюдавани за по-ефективна работа на цялата производствена или машина.

Сред общото разнообразие от контролирани параметри, около половината е заета от измерване и контрол на температурата. И един От най-важните детайли на цялата система е сензорът. Въз основа на факта, че условията и температурни диапазони могат да варират, първичните Датчици са изпълнени с различни свойства и характеристики, в зависимост от изискванията на процеса.

Сама по себе си, сензор за измерване на температурата е устройство може да получава измерената стойност и го преобразува в сигнал за по-нататъшна обработка и контрол на контролно устройство. Просто казано, това е един от величина конвертор (температура) в друга стойност (електрически ток, съпротивление), която е в състояние да обработва устройство (например, температура контролер) и въз основа на получените данни, за да извърши действието, за което е създаден самото устройство. Например, когато температура над предварително определена единица може да деактивира задвижването да спре източник (среда) отопление.

Видове температурни сензори

Предвид факта, че условията и обхвата на измерване за различни задачи могат да варират значително и изискванията за измерване на различни температурни параметри варират съответно за изпълнение на различни задачи на термичния преобразувател трябва да отговарят на тези условия и определени изисквания. Ето защо те могат да бъдат различни и да използват различни свойства на материалите. По този начин сензорите са:

• полупроводници;
• thermoresistive;
• акустична;
• термоелектрически;
• пиезоелектричен;
• Пирометри.

Накратко опишете характеристиките на всеки от тях, за да можете да си представите в кои случаи е необходимо да използвате това или онова устройство.

Полупроводникови термоелектрически

Топлинните преобразуватели от този тип са в търсенето в производството, тъй като те са евтини и сравнително точни инструменти с ниска грешка. Под въздействието на температурата такъв сензор регистрира промени в свойствата на връзката p-n. Тук може да се използва почти всеки диод или биполярен транзистор. Високата точност на полупроводниковите температурни сензори се постига поради зависимостта на напрежението на транзистора от абсолютната температура.

Терморезисни топлоизолационни преобразуватели

Основните предимства на тези температурни сензори са тяхната трайност, стабилност и висока чувствителност. Те се вписват перфектно в почти всяка схема.

Работата на такива термодвойки се основава на промяната на съпротивлението, предизвикано от температурата, до проводник или полупроводник. Просто казано, те съдържат в своя дизайн термистор, който реагира на промяната в средата, която ще се измерва.

В зависимост от материала, използван в терморезисните температурни сензори, те се разделят на:

1. Силиконов резистивен материал, характеризиращ се с дългосрочна стабилност и висока точност.
2. Резистивни детектори за температура, характеризиращи се с висока стабилност, якост и точност. Тяхната работа се основава на способността на металите да променят съпротивлението си, когато са изложени на температура. По-често в такива сензори се използва платина или мед, а когато се наблюдават особено високи температури, се използва волфрам. Единственият им недостатък е относително високата цена.
3. Работата на термистори се основава на използването на метални оксидни съединения. Те се използват само за измерване на абсолютна температура. Основният недостатък е необходимостта от калибриране и чупливост.

Акустични безконтактни устройства

Този тип температурен датчик се използва главно за измерване на високи температури. Принципът на тяхната работа се основава на промяна на характеристиките на звука при различни температури. Това е така температурен датчик от приемника и радиатора. Звукът, преминаващ през изследваната среда, влиза в приемника, където неговите параметри са фиксирани, а температурата се определя на базата им.

Акустичните термични сензори често се използват в медицината и където е невъзможно да се измери температурата чрез методи за контакт. Едно от основните им недостатъци е ниската точност на измерените температури и високата грешка поради допълнителни характеристики.

Термоелектрически датчици

Термоелектрическите сензори или по-просто термодвойките се характеризират с широк спектър от измерени стойности - от -200 до 2200 градуса по Целзий. В същото време, техните възможности зависят от използваните материали. По този начин термодвойките от неблагородни метали позволяват измерване температура до 1100 ° C, благородна до 1600 ° C, и за измерване на много високи температурни режими се използват термодвойки с огнеупорни метали като волфрам.

Принципът на термоелектрически сензор се основава на ефекта Зеебек, т.е.. Е. Използва възли различни метали, които затворен контур, при което електрически ток, когато местата на съединителни имат различни температури. Термодвойката се състои от два края: работен и свободен. Първият е потопен директно в работната среда, а вторият не е. Следователно, съществува температурна разлика, която се явява като изходното напрежение, който е фиксиран multivoltmetrom често включени в пакета с термоелектрически сензор.

Пиезоелектрични кварцови устройства

Принципът на действие на пиезоелектричния температурен датчик се основава на използването на кварцов пизозосон. Пиезо-материалът, използван в него, играе ролята на резонатор. Когато се приложи електрически ток към него, това материалът започва да се колебае под влиянието на различни термични режими и честотата на трептене също се променя, което е в основата на пиезоелектричните сензори.

Безконтактни термодвойки пирометри

Безконтактни сензори, които могат да открият топлинна радиация от нагрети тела, се наричат ​​пиромери. Удобството на такива устройства се крие във факта, че няма нужда да се поставят директно в околната среда. Въпреки това, без директен контакт, точността на техните индикации е относително ниска, тъй като може да има странични ефекти, които засягат показанията.

Има три вида пиромери:

1. Интерферометрични пирометри излъчват две лъчи, които преминават през средата, а втората е контролната. Две от тези лъчи попадат върху силиконовия сензор, след което се сравняват рефракцията и дължината на лъчите, пряко зависими от загряването на средата.
2. Флуоресцентни термични сензори работа по по-сложен принцип: на повърхността, където е необходимо да се измери количеството топлина, се прилагат компонентите, базирани на фосфор. След това обектът претърпява ултравиолетова пулсираща радиация, в резултат на което се появяват определени реакции и се анализира радиацията.
3. Сензори, които съдържат решения, може да промени цвета под влиянието на температурите. Кобалтов хлорид, кобалтов използва в такива пирометри, в контакт със средата е в състояние да променят цвета спектър в зависимост от степента на нагряване. По този начин количеството светлина, преминаващо през решението, дава възможност за измерване на необходимите термо-параметри.

Правила за подбор

Всички горепосочени сензори перфектно изпълняват функциите си в рамките на определените граници. Въпреки това, той трябва да се разбира, че изборът и да ги използвате, трябва да се основава на изискванията на конкретния случай.

Ето защо при избора на конкретна термодвойка си струва да обърнете внимание на следните точки:

1. Стойността на температурния диапазон.
2. Възможност за потапяне на датчика в измерваната среда. Ако това не е възможно, трябва да прибягвате до пирометри или акустични сензори.
3. Условията на измерване са една от най-важните точки при избора на сензор. Тук е необходимо да се разгледа не само агресивността на околната среда, но също така и параметри като налягане, влажност и т.н. Затова трябва да избере или близост превключва или устойчиви на корозия заграждения ...
4. Трябва винаги да се има предвид характерът на изходния сигнал. В края на краищата, някои термодвойки могат веднага да преобразуват сигнала в градуси, докато други го дават само в мащаба на тока.
5. Някои сензори са по-скоро нестабилни и краткотрайни, което също си заслужава да се има предвид. Ето защо, ако се изисква продължителна работа без подмяна и калибриране, то този нюанс също трябва да се вземе под внимание.
6. Струва си да се при избора на сензора при определени нужди да се обърне внимание на времето за отговор, резолюцията и точността, работното напрежение, типа на жилища.

Като се вземат предвид всички изброени по-горе нюанси, е възможно да се избере сензор, който напълно отговаря на неговите характеристики в конкретна ситуация и за конкретни задачи.